CA2559925C - Method of heating materials in order to produce objects and device for implementing said method - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE POUR CHAUFFER DES MATERIAUX EN VUE DE PRODUIRE DES
OBJETS ET DISPOSITIF METTANT EN UVRE CE PROCEDE
La présente invention se rapporte à un procédé pour chauffer des matériaux en vue de produire des objets et à un dispositif mettant en uvre un tel procédé.
La production d'objets de manière industrielle, notamment en masse, est une opération d'une importance croissante qui concerne l'ensemble des domaines d'activité
économique tels que, par exemple, les domaines de l'automobile, de l'aérospatial, de l'aéronautique, de l'acoustique, de l'ameublement et du sanitaire, du bâtiment et des travaux publics, de la santé ou encore dans le domaine des objets grands publics tels que des bagages ou des jouets.
D'une façon générale, quasi toute activité
industrielle ou de services requiert la mise en uvre d'objets qui, bien qu'étant spécifiques à cette activité, doivent être générés en grand nombre, de préférence avec des coûts limités.
Par ailleurs, la production de tels objets peut mettre en uvre des opérations de natures aussi diverses et variées que, par exemple, des opérations de mise en forme, de moulage, de suLmoulage, de consolidation locale, d'insérage, d'assemblable, de soudage, de découpe, de protection ou recouvrement ( coating en anglais) ou de décoration. PROCESS FOR HEATING MATERIALS TO PRODUCE
OBJECTS AND DEVICE IMPLEMENTING SAID METHOD
The present invention relates to a method for heat materials to produce objects and to a device implementing such a method.
The production of objects in an industrial way, especially in mass, is an operation of importance growing in all areas of activity such as, for example, the automotive sector, aerospace, aeronautics, acoustics, furniture and sanitary, building and works public health, or in the field of large objects such as luggage or toys.
Generally, almost all activity industrial or service requires the implementation of objects which, although specific to this activity, must be generated in large numbers, preferably with limited costs.
Moreover, the production of such objects can put in operations of natures as diverse and varied that, for example, shaping, molding, of molding, local consolidation, insertion, assembly, welding, cutting, protection or covering (coating in English) or decoration.
2 Finalement, une telle production doit pouvoir prendre en compte des matériaux aussi divers que des composés thermoplastiques, des composés theLmodurcissables, des composés cellulaires, des élastomères et/ou des composés vulcanisables, du verre ou des alliages légers, et présentant, par exemple, un renforcement par fibres (verre, carbone, naturelles...) et/ou une structure en sandwiches et/ou en nids d'abeilles.
Pour limiter les coûts d'investissement et d'exploitation d'une production en grand nombre d'objets, il est opportun d'utiliser un procédé de production mettant en uvre des phénomènes d'induction électromagnétique pour chauffer des matériaux en vue ou non de leur moulage.
Selon un tel procédé, un dispositif 100 (figure 1) de moulage comprend des inducteurs 102 transmettant un courant électrique qui génère un champ magnétique (non représenté) tel que des .courants de Foucault se propagent dans un élément conducteur, comme un métal, 104 situé au voisinage des inducteurs 102.
Ces courants de Foucault provoquent un échauffement de l'élément conducteur 104 qui transmet sa chaleur, par conduction, vers un matériau 106 à mouler posé sur sa surface 105.
Cette conduction, ou transfert de chaleur, représenté
par des flèches 103 sur la figure 1, permet alors de porter le matériau 106 à la température souhaitée pour effectuer son moulage.
La présente invention résulte de la constatation qu'un procédé selon l'art antérieur, tel que décrit à l'aide de la figure 1, présente de nombreux inconvénients.
De fait, un tel procédé requiert le chauffage de l'ensemble de l'élément conducteur 104 alors même que seule sa surface 105, en contact avec le matériau 106 à mouler, requiert une élévation de température.
En d'autres termes, la quantité d'énergie devant être fournie pour l'élévation de température du matériau 106 est 2 Finally, such production must be able to take into account materials as diverse as compounds thermoplastics, theMulti-curable compounds, elastomers and / or vulcanizable compounds, glass or light alloys, and presenting, for example, a fiber reinforcement (glass, carbon, natural ...) and / or structure in sandwiches and / or honeycombs.
To limit investment costs and exploitation of a production in large numbers of objects, it is appropriate to use a production process involving the electromagnetic induction phenomena to heat materials in view or not of their molding.
According to such a method, a device 100 (FIG.
molding comprises inductors 102 transmitting a current electric generating a magnetic field (not shown) such that Foucault currents propagate in an element conductor, like a metal, 104 located in the vicinity of inductors 102.
These eddy currents cause a heating of the conductive element 104 which transmits its heat, by conduction, to a material 106 to be molded on its surface 105.
This conduction, or heat transfer, represented by arrows 103 in FIG. 1, then makes it possible to carry the material 106 at the desired temperature to perform its molding.
The present invention results from the observation that method according to the prior art, as described using the Figure 1 has many disadvantages.
In fact, such a process requires the heating of the entire conductive element 104 even though only its surface 105, in contact with the material 106 to be molded, requires a rise in temperature.
In other words, the amount of energy to be provided for the temperature rise of the material 106 is
3 accrue par la quantité d'énergie à fournir pour élever la température de l'ensemble de l'élément conducteur 104, ce qui augmente le coût du procédé.
Par ailleurs, un autre problème réside dans le manque d'homogénéité du chauffage de la surface 105 puisque, en fonction de la proximité de cette surface des inducteurs, sa température varie.
Dès lors, la surface 105 présente des gradients de température provoquant des échauffements hétérogènes du matériau 106 pouvant provoquer des malformations de l'objet produit.
Ces malformations peuvent se présenter sous la forme d'irrégularités de la surface du matériau 106 après chauffage, provoquant des contraintes internes dans ce matériau et, par conséquent, des risques de rupture ou de déformations du matériau.
Un autre inconvénient d'un procédé selon l'art antérieur réside dans la nécessité d'une approche empirique pour sa réalisation. De fait, en fonction de la forme du matériau à
chauffer, la foLme de l'élément conducteur doit être adaptée, modifiant ainsi ses caractéristiques de conductions.
Dès lors, pour chaque forme de matériau 106 à mouler, il est nécessaire de réaliser des essais peLmettant de déteLminer la disposition optimale des inducteurs dans le dispositif de chauffage, sans que cette disposition peLmette un chauffage homogène comme précédemment indiqué.
Selon un autre inconvénient, un procédé connu met en uvre des cycles thermiques (chauffage/refroidissement) de durées importantes, généralement de plusieurs heures, étant donné que l'inertie thermique d'un matériau conducteur tel qu'un métal est importante.
La grande durée des cycles thermiques est aussi due au fait que l'épaisseur d'un élément conducteur 104 est importante pour peLmettre la réalisation de différentes formes de surface à
partir d'un même élément conducteur, ces différentes formes 3 increased by the amount of energy to be provided to raise the temperature of the entire conductive element 104, which increases the cost of the process.
Moreover, another problem lies in the lack of of homogeneity of the heating of the surface 105 since, in function of the proximity of this surface of the inductors, its temperature varies.
Therefore, the surface 105 has gradients of temperature causing heterogeneous heating of the material 106 can cause malformations of the produced object.
These malformations can be in the form irregularities in the surface of the material 106 after heating, causing internal stresses in this material and, by consequently, risks of breakage or deformation of the material.
Another disadvantage of a process according to art The former lies in the need for an empirical approach to its realization. In fact, depending on the shape of the material to heat, the foil of the conductive element must be adapted, thus modifying its characteristics of conductions.
Therefore, for each form of material 106 to be molded, it is necessary to carry out tests with determine the optimal arrangement of the inductors in the heating device without this arrangement homogeneous heating as previously indicated.
According to another disadvantage, a known method thermal cycles (heating / cooling) of periods of time, usually several hours, being given that the thermal inertia of a conductive material such as metal is important.
The long duration of thermal cycling is also due to that the thickness of a conductive element 104 is important to allow the realization of different surface forms to from the same conductive element, these different forms
4 correspondant aux formes des objets à produire, mâles et/ou femelles.
Pour remédier à au moins un de ces inconvénients, la présente invention concerne un procédé pour chauffer des matériaux en vue de produire des objets de manière industrielle, notamment en masse, en limitant les coûts d'investissement et les coûts d'exploitation, en permettant une grande variété de procédés de transformation ; ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- l'étape de générer des champs électromagnétiques au moyen d'inducteurs parcourus par des courants électriques d'intensité et de fréquence appropriées, - l'étape d'appliquer lesdits champs électro-magnétiques à au moins une partie d'au moins un élément intermédiaire, comportant une face interne et une face externe, située entre lesdits inducteurs et lesdits matériaux à chauffer, - lesdits inducteurs et ledit élément intermédiaire étant conformés de telle sorte que les courants électriques induits dans ledit élément intermédiaire par lesdits champs électromagnétiques circulent à la surface d'au moins une zone dite chauffante desdites faces externes et internes, ladite zone chauffante étant destinée à être à l'interface avec les matériaux à chauffer, - l'une des parties de chaque élément intermédiaire incluant ladite zone chauffante étant réalisée en un matériau ayant une perméabilité magnétique et/ou une résistivité
électrique différente de celle du reste de l'élément intermédiaire.
Grâce à un procédé conforme à l'invention, l'élévation de température requise pour la production d'un objet peut être limitée à la seule surface de l'élément intermédiaire, servant de support du matériau à chauffer, et à ce matériau, de telle sorte que ce procédé de chauffage requiert une consommation énergétique moindre par rapport à un procédé selon l'art antérieur. On note qu'il pourrait également être envisagé
d'utiliser un élément intermédiaire constitué d'un seul matériau.
De plus, l'élévation de température de la surface de l'élément intermédiaire n'est pas exclusivement liée à la 4 corresponding to the shapes of the objects to be produced, males and / or females.
To remedy at least one of these disadvantages, the The present invention relates to a method for heating materials for the purpose of producing objects industrially, in particular, by limiting investment costs and operating costs, allowing a wide variety of transformation processes; said method comprising the steps following:
the step of generating electromagnetic fields at the means of inductors driven by electric currents of appropriate intensity and frequency, - the step of applying said electronic fields magnetic elements to at least a part of at least one element intermediate, having an inner face and an outer face, located between said inductors and said materials to be heated, said inductors and said intermediate element being shaped so that the electric currents induced in said intermediate element by said fields electromagnetic waves circulate on the surface of at least one zone so-called heating of said external and internal faces, said zone heating being intended to be at the interface with the materials to be heated, - one of the parts of each intermediate element including said heating zone being made of a material having magnetic permeability and / or resistivity different from the rest of the element intermediate.
Thanks to a process according to the invention, the elevation temperature required for the production of an object can be limited to the single surface of the intermediate element, serving of support for the material to be heated, and to this material, of such so that this heating process requires a consumption less energy compared to a process according to art prior. We note that it could also be considered to use an intermediate element consisting of a single material.
In addition, the temperature rise of the surface of the intermediate element is not exclusively related to
5 diffusivité thermique de l'élément intermédiaire ce qui augmente la reproductibilité et la fiabilité du procédé.
Un tel procédé présente également l'avantage de permettre une circulation de courant qui améliore l'homogénéité
de l'échauffement sur l'ensemble de la surface de l'élément intermédiaire de telle sorte que l'échauffement des matériaux au contact de cet élément intermédiaire s'effectue de façon toute aussi homogène, permettant de limiter la présence de contraintes internes dans ce matériau.
Un autre avantage de l'invention réside dans le fait qu'elle permet d'obtenir différentes températures, à la surface de l'élément intermédiaire, en associant des sous-parties de natures (résistivité électrique, perméabilité magnétique et à un niveau moindre la diffusivité thermique) distinctes, la température de chacune de ces sous-parties étant homogène.
L'invention présente aussi l'avantage de réduire fortement les durées des cycles thermiques (chauffage/refroidissement) puisque la masse chauffée est limitée en épaisseur, ce qui permet de chauffer un plus grand nombre de matériaux en un temps donné.
Selon un autre avantage de l'invention, il apparaît qu'une même structure d'inducteurs peut être utilisée indépendamment de la forme du matériau à chauffer. En d'autres termes, un même dispositif peut être utilisé pour chauffer différentes formes de matériaux, ce qui simplifie son utilisation tout en réduisant le coût de chaque opération de chauffage puisque des essais préalables visant à déterminer la structure optimale des inducteurs ne sont pas nécessaires.
Dans un mode de réalisation, ledit procédé comprend en outre l'étape de ménager une coupure électrique isolante dans ledit élément intermédiaire de telle sorte que les courants 5 thermal diffusivity of the intermediate element which increases reproducibility and reliability of the process.
Such a method also has the advantage of allow current flow that improves homogeneity warming up on the entire surface of the element intermediate so that the heating of the materials at the contact of this intermediate element is carried out in a homogeneous, to limit the presence of constraints internal in this material.
Another advantage of the invention lies in the fact that it allows to obtain different temperatures, on the surface of the intermediate element, by associating sub-parts of natures (electrical resistivity, magnetic permeability and a lower level of thermal diffusivity), the temperature of each of these sub-parts being homogeneous.
The invention also has the advantage of reducing strongly the durations of the cycles thermal (heating / cooling) since the heated mass is limited in thickness, which allows to heat a larger number of materials in a given time.
According to another advantage of the invention, it appears that the same inductor structure can be used regardless of the shape of the material to be heated. In others terms, the same device can be used to heat different forms of materials, which simplifies its use while reducing the cost of each operation of heating since preliminary tests to determine the optimal structure of the inductors are not necessary.
In one embodiment, said method comprises in in addition to the step of providing an insulating electrical break in said intermediate element so that the currents
6 électriques induits dans ledit élément intermédiaire par lesdits champs électromagnétiques circulent à la surface desdites faces externes et internes.
Selon un mode de réalisation, ladite coupure permet de segmenter l'élément intermédiaire en deux sous-éléments, au moins un de ces sous-éléments comprenant une zone chauffante constituée par les parties de l'élément intermédiaire ayant une perméabilité magnétique et/ou une résistivité électrique spécifiques.
Dans un mode de réalisation, l'élément intermédiaire comporte deux sous-éléments mobiles l'un par rapport à l'autre.
Selon une variante, le procédé est décomposé en une première phase où lesdits inducteurs et ledit élément intermédiaire sont conformés de telle sorte que les courants électriques induits dans ledit élément intermédiaire par lesdits champs électromagnétiques circulent à la surface d'au moins une zone dite chauffante desdites faces externes et internes, ladite zone chauffante étant destiné à être à l'interface avec les matériaux à chauffer, suivi d'une seconde phase où, après mise en contact des deux sous-éléments mobiles de manière à fermer hermétiquement un espace et injection des matériaux à chauffer dans ledit espace, lesdits inducteurs et ledit élément intermédiaire sont conformés de telle sorte que les courants électriques induits dans ledit élément intermédiaire par lesdits champs électromagnétiques circulent à la surface de la face externe continuant à chauffer la zone chauffante par conduction.
Selon un mode de réalisation, lesdits inducteurs sont composés de parties enfichables entourant lesdits éléments intermédiaires.
Dans un mode de réalisation, ladite partie de chaque élément intermédiaire ayant une perméabilité magnétique et/ou une résistivité électrique différente de celle du reste de l'élément intermédiaire comprend un composé magnétique présentant une température de Curie voisine de la température du WO 2005/094126 induced in said intermediate element by said electromagnetic fields circulate on the surface of said faces external and internal.
According to one embodiment, said cutoff makes it possible to segment the intermediate element into two sub-elements, at least one of these sub-elements including a heating zone constituted by the parts of the intermediate element having a magnetic permeability and / or electrical resistivity specific.
In one embodiment, the intermediate element has two sub-elements movable relative to each other.
According to a variant, the process is decomposed into a first phase where said inductors and said element intermediate are shaped so that the currents induced in said intermediate element by said electromagnetic fields circulate on the surface of at least one so-called heating zone of said external and internal faces, said heating zone being intended to be at the interface with the materials to be heated, followed by a second phase where, after in contact with the two mobile sub-elements so as to close hermetically space and injection of materials to heat in said space, said inductors and said element intermediate are shaped so that the currents induced in said intermediate element by said electromagnetic fields circulate on the surface of the face external continuing to heat the heating zone by conduction.
According to one embodiment, said inductors are composed of plug-in parts surrounding said elements intermediate.
In one embodiment, said portion of each intermediate element having a magnetic permeability and / or an electrical resistivity different from that of the rest of the intermediate element comprises a magnetic compound with a Curie temperature close to the temperature of the WO 2005/09412
7 PCT/FR2005/050176 matériau à chauffer, par exemple comprenant du Nickel, du Crome et/ou du Titane.
Selon un mode de réalisation, l'élément intermédiaire comprend un matériau présentant peu d'échauffement sous l'effet des courants de Foucault.
Dans une réalisation, l'interface de la zone chauffante avec les matériaux à chauffer est réalisée par contact. La zone chauffante peut être revêtue d'un dépôt de matériau isolant.
Dans une variante, la zone chauffante étant rayonnante, l'interface de la zone chauffante avec les matériaux à chauffer est réalisée par mise à proximité des matériaux à
chauffer.
La présente invention concerne aussi un dispositif pour chauffer des matériaux en vue de produire des objets de manière industrielle, notamment en masse, en limitant les coûts d'investissement et les coûts d'exploitation, en pe/mettant une grande variété de procédés de transformation ; ledit dispositif comprenant:
- des générateurs de courants électriques, d'intensité
et de fréquence appropriées, alimentant des inducteurs et engendrant des champs électromagnétiques, - des moyens pour appliquer lesdits champs électromagnétiques à au moins une partie d'au moins un élément .inteLmédiaire, comportant une face interne et une face externe, située entre lesdits inducteurs et lesdits matériaux à chauffer, - lesdits inducteurs et ledit élément intermédiaire étant conformés de telle sorte que les courants électriques induits dans ledit élément inte/médiaire par lesdits champs électromagnétiques circulent à la surface d'au moins une zone chauffante d'une desdites faces externes et internes, ladite zone chauffante étant destinée à être à l'interface avec les matériaux à chauffer, - l'une des parties de chaque élément intermédiaire incluant ladite zone chauffante étant réalisée en un matériau 7 PCT / FR2005 / 050176 material to be heated, for example comprising nickel, crome and / or Titanium.
According to one embodiment, the intermediate element includes a material with little heating under the effect eddy currents.
In one embodiment, the interface of the zone heating with the materials to be heated is carried out by contact. The heating zone may be coated with a deposit of insulating material.
In a variant, the heating zone being radiating, the interface of the heating zone with the materials to be heated is carried out by placing the materials close to heat.
The present invention also relates to a device for heating materials to produce objects of industrial way, especially in mass, by limiting the costs investment costs and operating costs, by wide variety of processing methods; said device comprising:
- generators of electric currents, of intensity and appropriate frequency, feeding inductors and generating electromagnetic fields, means for applying said fields electromagnetic devices to at least a part of at least one element .Integrated, with an inner face and an outer face, located between said inductors and said materials to be heated, said inductors and said intermediate element being shaped so that the electric currents induced in said intermediate element by said fields electromagnetic waves circulate on the surface of at least one zone heating of one of said external and internal faces, said heating zone being intended to be at the interface with the materials to be heated, - one of the parts of each intermediate element including said heating zone being made of a material
8 ayant une perméabilité magnétique et/ou une résistivité
électrique différente de celle du reste de l'élément intermédiaire.
Dans un mode de réalisation, ledit dispositif comprend en outre une coupure électrique isolante dans ledit élément intermédiaire de telle sorte que les courants électriques induits dans ledit élément intermédiaire par lesdits champs électromagnétiques circulent à la surface d'au moins une desdites faces externes et internes.
Selon un mode de réalisation, ladite coupure permet de segmenter l'élément intermédiaire en deux sous-éléments, au moins un de ces sous-éléments comprend une zone chauffante constituée par les parties de l'élément intermédiaire ayant une perméabilité magnétique et/ou une résistivité électrique spécifiques.
Dans un mode de réalisation, l'élément intermédiaire comporte deux sous-éléments mobiles l'un par rapport à l'autre.
Selon un mode de réalisation, lesdits inducteurs sont composés de parties enfichables entourant lesdits éléments intermédiaires.
Dans un mode de réalisation, ladite partie de chaque élément intermédiaire ayant une perméabilité magnétique et/ou une résistivité électrique différente de celle du reste de l'élément intermédiaire comprend un composé magnétique présentant une température de Curie, par exemple comprenant du Nickel, du Crome et/ou du Titane.
Selon un mode de réalisation, l'élément intermédiaire comprend un matériau présentant peu d'échauffement sous l'effet des courants de Foucault.
Dans une réalisation, l'interface de la zone chauffante avec les matériaux à chauffer est réalisée par contact. La zone chauffante peut être revêtue d'un dépôt de matériau isolant.
Dans une variante, la zone chauffante étant rayonnante, l'interface de la zone chauffante avec les matériaux 8 having magnetic permeability and / or resistivity different from the rest of the element intermediate.
In one embodiment, said device comprises in addition, an insulating electrical break in said element intermediate so that the electric currents induced in said intermediate element by said fields electromagnetic waves circulate on the surface of at least one said external and internal faces.
According to one embodiment, said cutoff makes it possible to segment the intermediate element into two sub-elements, at least one of these sub-elements includes a heating zone constituted by the parts of the intermediate element having a magnetic permeability and / or electrical resistivity specific.
In one embodiment, the intermediate element has two sub-elements movable relative to each other.
According to one embodiment, said inductors are composed of plug-in parts surrounding said elements intermediate.
In one embodiment, said portion of each intermediate element having a magnetic permeability and / or an electrical resistivity different from that of the rest of the intermediate element comprises a magnetic compound having a Curie temperature, for example comprising Nickel, Crome and / or Titanium.
According to one embodiment, the intermediate element includes a material with little heating under the effect eddy currents.
In one embodiment, the interface of the zone heating with the materials to be heated is carried out by contact. The heating zone may be coated with a deposit of insulating material.
In a variant, the heating zone being radiating, the interface of the heating zone with the materials
9 à chauffer est réalisée par mise à proximité des matériaux à
chauffer.
L'invention concerne aussi un moule pour chauffer des matériaux en vue de produire des objets de manière industrielle, notamment en masse, en limitant les coûts d'investissement et les coûts d'exploitation, en permettant une grande variété de procédés de transformation ; ledit moule comprenant:
- des générateurs de courants électriques, d'intensité
et de fréquence appropriées, alimentant des inducteurs et engendrant des champs électromagnétiques, - des moyens pour appliquer lesdits champs électro-magnétiques à au moins une partie d'au moins un élément intermédiaire, comportant une face interne et une face externe, située entre lesdits inducteurs et lesdits matériaux à chauffer, - lesdits inducteurs et ledit élément inteLmédiaire étant tel que les courants électriques induits dans ledit élément intermédiaire par lesdits champs électromagnétiques circulent à la surface d'une desdites faces externes et internes, - l'une des parties de chaque élément intermédiaire étant en un matériau ayant une peLméabilité magnétique et/ou une résistivité électrique différente de celle du reste de l'élément intermédiaire.
Dans un mode de réalisation, ledit moule comprend en outre une coupure électrique isolante dans ledit élément intermédiaire de telle sorte que les courants électriques induits dans ledit élément intermédiaire par lesdits champs électromagnétiques circulent à la surface desdites faces externes et internes.
Selon un mode de réalisation, ladite coupure permet de segmenter l'élément intermédiaire en deux sous-éléments, au moins un de ces sous-éléments comprend une zone chauffante constituée par les parties de l'élément inteLmédiaire ayant une perméabilité magnétique et/ou une résistivité électrique spécifiques.
Dans un mode de réalisation, l'élément intermédiaire comporte deux sous-éléments mobiles l'un par rapport à l'autre.
5 Selon un mode de réalisation, lesdits inducteurs sont composés de parties enfichables entourant lesdits éléments inteLmédiaires.
Selon un mode de réalisation, ladite partie de chaque élément intermédiaire a une perméabilité magnétique et/ou une 9 to be heated is carried out by placing the materials close to heat.
The invention also relates to a mold for heating materials for the purpose of producing objects industrially, in particular, by limiting investment costs and operating costs, allowing a wide variety of transformation processes; said mold comprising:
- generators of electric currents, of intensity and appropriate frequency, feeding inductors and generating electromagnetic fields, means for applying said electronic fields magnetic elements to at least a part of at least one element intermediate, having an inner face and an outer face, located between said inductors and said materials to be heated, said inductors and said intermediate element being such that the electric currents induced in said intermediate element by said electromagnetic fields circulate on the surface of one of said external faces and internal, - one of the parts of each intermediate element being of a material having magnetic permeability and / or electrical resistivity different from that of the rest of the element intermediate.
In one embodiment, said mold comprises in in addition to an insulating electrical break in said element intermediate so that the electric currents induced in said intermediate element by said fields electromagnetic waves circulate on the surface of said faces external and internal.
According to one embodiment, said cutoff makes it possible to segment the intermediate element into two sub-elements, at least one of these sub-elements includes a heating zone constituted by the parts of the intermediate element having a magnetic permeability and / or electrical resistivity specific.
In one embodiment, the intermediate element has two sub-elements movable relative to each other.
5 According to an embodiment, said inductors are composed of plug-in parts surrounding said elements inteLmédiaires.
According to one embodiment, said part of each intermediate element has magnetic permeability and / or
10 résistivité électrique différente de celle du reste de l'élément intermédiaire comprenant un composé magnétique présentant une température de Curie, par exemple comprenant du Nickel, du Crome et/ou du Titane.
Selon un mode de réalisation, l'élément intermédiaire comprend un matériau présentant peu d'échauffement sous l'effet des courants de Foucault.
Dans une réalisation, l'interface de la zone chauffante avec les matériaux à chauffer est réalisée par contact. La zone chauffante peut être revêtue d'un dépôt de matériau isolant.
Dans une variante, la zone chauffante étant rayonnante, l'interface de la zone chauffante avec les matériaux à chauffer est réalisée par mise à proximité des matériaux à
chauffer.
L'invention concerne aussi une partie d'un élément intermédiaire mis en uvre dans un procédé selon l'une des réalisations précédentes, dans un dispositif selon l'une des réalisations précédentes ou dans un moule selon l'une des réalisations précédentes, cette partie étant composée d'un matériau ayant une peLméabilité magnétique et/ou une résistivité
électrique différente de celle du reste de l'élément intermédiaire.
Finalement, l'invention concerne aussi un objet produit par échauffement de matériaux de manière industrielle, notamment en masse, en limitant les coûts d'investissement et 10 electrical resistivity different from that of the rest of the element intermediate comprising a magnetic compound having a Curie temperature, for example comprising nickel, crome and / or Titanium.
According to one embodiment, the intermediate element includes a material with little heating under the effect eddy currents.
In one embodiment, the interface of the zone heating with the materials to be heated is carried out by contact. The heating zone may be coated with a deposit of insulating material.
In a variant, the heating zone being radiating, the interface of the heating zone with the materials to be heated is carried out by placing the materials close to heat.
The invention also relates to a part of an element intermediary implemented in a process according to one of the previous achievements, in a device according to one of the previous achievements or in a mold according to one of previous achievements, this part being composed of a material having magnetic peelability and / or resistivity different from the rest of the element intermediate.
Finally, the invention also relates to an object produced by heating materials industrially, in particular, by limiting investment costs and
11 les coûts d'exploitation, en permettant une grande variété de procédés de transformation ; ledit objet étant obtenu par un procédé selon l'une des réalisations précédentes, par un dispositif selon l'une des réalisations précédentes et/ou par un moule selon l'une des réalisations précédentes.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description de réalisations de cette invention effectuée ci-dessous, à titre illustratif et non limitatif, en faisant référence aux figures ci-jointes sur lesquelles :
- la figure 1, déjà décrite, représente un procédé de chauffage de matériaux selon l'art antérieur, - les figures 2a et 2b représentent des schémas de principe de l'invention, - les figures 3a et 3b représentent des dispositifs selon un premier et un deuxième mode de réalisation de l'invention, - les figures 3c et 3d représentent une vue détaillée du deuxième mode de réalisation, - les figures 4a et 4b représentent une vue en , perspective et une vue éclatée d'un moule confoLme à
l'invention, et - les figures 5a et 5b représentent les deux phases d'une application particulière de l'invention.
Sur la figure 2a est représenté un élément intermédiaire 200 en matériau conducteur, tel qu'un métal, entouré d'inducteurs 202 parcourus par un courant ig pouvant générer des courants 203 de Foucault dans l'élément intermédiaire 200.
Les courants 203 de Foucault se propagent sur la surface 204 extérieure ou 206 intérieure de l'élément intermédiaire 200 en fonction de l'implantation de l'inducteur par rapport à l'élément intermédiaire.
Ainsi, lorsque l'inducteur est situé à l'intérieur, respectivement l'extérieur, de l'élément intermédiaire, les 11 operating costs, allowing a wide variety of transformation processes; said object being obtained by a according to one of the preceding embodiments, by a device according to one of the preceding embodiments and / or by a mold according to one of the previous embodiments.
Other features and advantages of the invention will appear with the description of achievements of this invention performed below, for illustrative purposes and not limiting, with reference to the attached figures on which:
FIG. 1, already described, represents a method of heating materials according to the prior art, FIGS. 2a and 2b show diagrams of principle of the invention, FIGS. 3a and 3b represent devices according to a first and a second embodiment of the invention, FIGS. 3c and 3d represent a detailed view of the second embodiment, FIGS. 4a and 4b show a view of perspective and an exploded view of a mold confoLme to the invention, and FIGS. 5a and 5b represent the two phases of a particular application of the invention.
In Figure 2a is shown an element intermediate 200 of conductive material, such as a metal, surrounded by inductors 202 traversed by a current ig can generate 204 eddy currents in the element intermediate 200.
The eddy 203 currents propagate on the outer 204 surface or inner 206 of the element intermediate 200 depending on the implantation of the inductor relative to the intermediate element.
So, when the inductor is located inside, respectively the outside, of the intermediate element, the
12 courants de Foucault circulent sur la surface intérieure, respectivement extérieure, de l'élément intermédiaire.
Dans cet exemple, les courants 203 représentés se propagent à la surface 204 extérieure de l'élément intermédiaire 200.
Selon une constatation propre à l'invention, il apparaît alors possible de chauffer directement la surface d'un matériau en disposant ce dernier sur la surface de l'élément inteLmédiaire 200 parcourue par les courants de Foucault 203, ce matériau étant alors au contact d'une partie de l'élément inteLmédiaire dont l'échauffement est dû principalement au phénomène de résistivité.
Un tel procédé de chauffage peut être commandé en déterminant les caractéristiques nécessaires des courants 203 de Foucault (tension, intensité) au moyen d'un champ magnétique généré par les inducteurs de caractéristiques adaptées, et notamment de fréquence adaptée, il est possible de déteLminer l'épaisseur sur laquelle le courant circule à la surface de l'élément intermédiaire.
Selon une autre constatation propre à l'invention, lorsqu'un entrefer 207 (figure 2b) est situé dans l'élément intermédiaire 200, les courants 203 de Foucault se propagent le long des surfaces internes et externes de cet élément inteLmédiaire de façon à former un circuit fermé.
La présence de cet entrefer 207 permet de chauffer un matériau sur chacune des surfaces de l'élément intermédiaire, comme décrit ci-dessous.
Dans une réalisation de l'invention (figure 3a), un moule 310 est conçu de telle sorte que le matériau à chauffer est situé sur une surface extérieure 304,305 de l'élément intermédiaire 300 considéré.
Des inducteurs 302 génèrent des champs magnétiques induisant des courants de Foucault représentés par des flèches.
Par exemple et ainsi que représentés sur la figure, ces inducteurs sont internes à l'élément inteLmédiaire. Cette 12 Eddy currents flow on the inner surface, respectively external, of the intermediate element.
In this example, the currents 203 represented are propagate to the outer surface 204 of the intermediate element 200.
According to a finding specific to the invention, it then appears possible to directly heat the surface of a material by placing the latter on the surface of the element intermediate 200 traversed by eddy currents 203, this material being in contact with a part of the element whose warm-up is mainly due to the resistivity phenomenon.
Such a heating method can be controlled by determining the necessary characteristics of currents 203 of Foucault (voltage, intensity) by means of a magnetic field generated by inductors of suitable characteristics, and especially of adapted frequency, it is possible to determine the thickness over which the current flows on the surface of the intermediate element.
According to another finding specific to the invention, when a gap 207 (Figure 2b) is located in the element intermediate 200, eddy currents 203 propagate the along the internal and external surfaces of this element intermediate to form a closed circuit.
The presence of this gap 207 makes it possible to heat a material on each of the surfaces of the intermediate element, as described below.
In one embodiment of the invention (FIG. 3a), a mold 310 is designed so that the material to be heated is located on an outer surface 304,305 of the element intermediate 300 considered.
Inductors 302 generate magnetic fields inducing eddy currents represented by arrows.
For example and as shown in the figure, these inductors are internal to the intermediate element. This
13 variante présente l'avantage de permettre un positionnement rapide du matériau à chauffer sur cette surface 304,305.
Par ailleurs, il convient de noter que, pour des raisons de clarté, les inducteurs propres à l'élément intermédiaire 300 ne sont pas représentés sur les figures 3c et 3d, détaillées ultérieurement.
Par ailleurs, dans cette réalisation, l'entrefer 307 est généré par un isolant électrique tel que, par exemple, un composé céramique, thermoplastique ou thermodurcissable, qui pelmet de prévenir des éventuelles décharges électriques au niveau de l'entrefer 307.
La surface 305 de la partie chauffante 311, destinée à
. être en contact avec le matériau314 à chauffer, présente une partie 308 magnétique à point de Curie de telle sorte que la température de cette partie 308 est limitée par la température de Curie, choisie en fonction du matériau à chauffer. La partie magnétique à point de Curie peut se substituer dans sa totalité
ou en partie à l'élément intermédiaire.
En d'autres termes, grâce à l'utilisation d'un tel matériau à point de Curie, la température de la surface de la partie 308 peut être maintenue à une température donnée, distincte du reste de la surface 305, ce qui permet une régulation automatique de la puissance fournie.
Par ailleurs, la partie 312 du moule n'étant pas destinée à être au contact avec le matériau 314 à chauffer est composé d'un alliage amagnétique, comme par exemple de l'aluminium ou un acier inoxydable du type 304, 304L, 316 qui présente peu d'échauffement malgré la présence de courants de Foucault, permettant ainsi de limiter fortement l'échauffement du sous-élément 312.
Comme précédemment mentionné dans les avantages de l'invention, il apparaît qu'un dispositif ou système conforme à
l'invention permet de chauffer la surface en contact avec le matériau avec des délais fortement inférieurs aux délais requis par un procédé selon l'art antérieur. 13 variant has the advantage of allowing positioning fast material to be heated on this surface 304,305.
In addition, it should be noted that for reasons for clarity, inductors specific to the element intermediate 300 are not shown in FIGS.
3d, detailed later.
Moreover, in this embodiment, the gap 307 is generated by an electrical insulator such as, for example, a ceramic, thermoplastic or thermosetting compound, which pelmet to prevent possible electric shocks to gap level 307.
The surface 305 of the heating portion 311, intended for . to be in contact with the material to be heated, presents a magnetic part 308 to Curie point so that the temperature of this part 308 is limited by the temperature Curie, chosen according to the material to be heated. The part Magnetic Curie Point can be substituted in its entirety or in part to the intermediate element.
In other words, thanks to the use of such Curie point material, the temperature of the surface of the part 308 can be maintained at a given temperature, distinct from the rest of the surface 305, allowing a automatic regulation of the power supplied.
Moreover, the part 312 of the mold not being intended to be in contact with the material 314 to be heated is composed of a non-magnetic alloy, such as aluminum or a type 304, 304L, 316 stainless steel that presents little warm-up despite the presence of currents of Foucault, thus greatly limiting the heating sub-element 312.
As previously mentioned in the advantages of the invention, it appears that a device or system complying with the invention makes it possible to heat the surface in contact with the material with deadlines significantly lower than required by a method according to the prior art.
14 Selon un exemple concret, une température de 250 C
peut être atteinte en quelques secondes tandis que, dans un procédé selon l'art antérieur, ce délai est forcément supérieur car l'injection d'énergie ne s'effectue jamais à l'interface moule/matière.
Selon une seconde réalisation préférée de l'invention, décrite à l'aide de la figure 3b, la surface de chauffage correspond à la surface 306 située à l'intérieur de l'élément intermédiaire 350 ce qui permet, notamment, d'exercer des pressions mécaniques fortes sur le matériau 314 chauffé. Les inducteurs 302 permettent la génération de courants de Foucault dans l'élément inteLmédiaire.
Cette réalisation met en uvre deux sous-éléments intermédiaires 300', en vis-à-vis, ce qui présente l'avantage de pet.mettre d'utiliser le matériau chauffé pour définir un entrefer au niveau de chacun de ces sous-éléments intermédiaires, comme montré sur la figure 3c qui est un détail de la figure 3b sur laquelle sont représentées les surfaces internes 306 de chaque sous-élément 300' intermédiaire ainsi que la matériau 314 à chauffer.
Il apparaît alors que, dans ce cas, l'épaisseur du matériau à chauffer définit l'épaisseur de l'entrefer tandis que, dans une variante représentée sur la figure 3d, l'épaisseur de l'entrefer est déterminée par des butées 316, transparentes aux champs, ce qui peLmet de générer des objets d'épaisseur prédéterminée.
Comme le matériau à mouler est en contact sur chacune de ses faces avec une surface de l'outillage appelée la zone moulante ou chauffante, une circulation de courant électrique est générée sur les deux surfaces moulantes. Dans le cas de la transformation de matériaux composites conducteurs électriques (à base de fibres de carbone par exemple...) le matériau peut provoquer un court-circuit entre les deux circulations de courant, générant ainsi localement une dégradation du matériau.
Pour éviter l'apparition de ce phénomène, il est proposé de réaliser sur au moins une des deux zones moulantes un dépôt isolant électrique. Sa composition peut être variée, avec des matériaux de type téflon, peek, carbone amorphe, fibre de 5 verre_ Les principales propriétés de ce dépôt sont :
-Tenue en température; au moins égale à la température de transformation du matériau à mouler, -Tenue mécanique; au moins égale à la pression de transformation du matériau à mouler, 10 -Isolation électrique -Dépôt fin (quelques pm) Procédé de dépôt industriel compatible avec les alliages constituant les zones moulantes, La figure 4a représente une vue en perspective d'un moule conforme au second mode de réalisation décrit à l'aide de la figure 3b, tandis que la figure 4b représente une vue éclatée de ce moule 400 en perspective.
Ainsi, sur la figure 4a sont visibles les inducteurs 402 qui entourent une carcasse 404 de conception standard dans laquelle est située la partie 406 du moule venant au contact avec le matériau à chauffer (non représenté).
Sur la figure 4b, la vue éclatée du moule 400 permet de montrer la structure amovible des inducteurs 402 et des organes de pression 408 permettant de soumettre le matériau à
chauffer à une pression élevée tout en maintenant les inducteurs.
Il convient de noter que, afin de ne pas perturber les inducteurs 402, les organes 408 de pression sont en composé
transparent aux champs.
L'invention peut être étendue à diverses applications dont deux sont présentées ci-après.
Le principe électromagnétique selon l'invention peut être utilisé pour un chauffage du matériau à transformer par rayonnement. Le principe électromagnétique est identique mais la circulation des courants de Foucault a comme objectif de faire échauffer des éléments en graphite. Portés à haute température (jusqu'à -1000 C), ces éléments en graphite chauffent par rayonnement le matériau composite situé dans l'entrefer entre les éléments en graphite, sans contact.
Ce procédé pourrait se substituer aux procédés classiques de chauffe par infrarouge, par exemple dans les procédés de fabrication de tubes et de réservoirs par enroulement filamentaire sur un rouleau tournant ou dans les procédés de fabrication de pare-brises par gravité sur des moules convexes, ou encore pour la préchauffe de matériaux avant leur transformation.
Le principe selon l'invention peut également être utilisé pour une chauffe en masse de l'outillage. Cependant, dans le cas de l'injection (de thermoplastiques ou de thermodurcissables) les pressions sont telles que l'outillage doit être fermé. Il est alors proposé de chauffer en deux phases :
Une première phase, illustrée sur la figure 5a, où
l'on procède à un chauffage surfacique de l'outillage par le procédé objet de l'invention, généré grâce à la présence d'un entrefer 517 pouvant être réalisé grâce à une ou des cales 518 transparente(s) aux champs. Dans cette phase, l'entrefer généré
a la faculté de permettre la circulation de courant sur chaque surface moulante 505, 506 des deux parties de l'outillage. Pour accentuer l'effet de chauffe en surface, il est utilisé un courant HF. La chauffe se fait à vide, pendant un temps très court de l'ordre de quelques secondes. Les zones moulantes 511 sont en matériau magnétique alors que le reste de l'élément intermédiaire est en matériau amagnétique, de même que la partie externe qui est située au-delà de l'inducteur 502 avantageusement noyé dans un isolant électrique, ladite partie externe jouant un rôle de renfort mécanique pour lutter contre les pressions élevées de l'injection.
Une deuxième phase, illustrée sur la figure 5b, où
l'on procède à un chauffage volumique ou en masse de l'outillage en obstruant l'entrefer précédent. L'outillage est alors fermé
lors de la phase d'injection de matière 514. Les courants ne peuvent alors circuler que sur la périphérie 504 de l'outillage.
Pour maintenir l'effet de chauffe initié lors de la première phase, on applique dans ce cas une circulation de courant basse fréquence um pour accentuer l'effet d'épaisseur de peau et ainsi parvenir à chauffer au c ur de l'outillage.
Le principe est réalisé, par exemple avec deux inducteurs imbriqués l'un dans l'autre, alimentés par le même générateur qui délivre soit des courants HF, soit des courants BF. 14 According to a concrete example, a temperature of 250 C
can be reached in a few seconds while in a according to the prior art, this delay is necessarily greater because the energy injection is never done at the interface mold / material.
According to a second preferred embodiment of the invention, described in Figure 3b, the heating area corresponds to the surface 306 located inside the element intermediary 350, which makes it possible, in particular, to strong mechanical pressures on the heated material 314. The inductors 302 allow the generation of eddy currents in the intermediate element.
This realization implements two sub-elements intermediates 300 ', vis-à-vis, which has the advantage of to use the heated material to define a gap at each of these sub-elements intermediates, as shown in Figure 3c which is a detail of Figure 3b on which are represented the surfaces internals 306 of each sub-element 300 'intermediate as well as the material 314 to be heated.
It appears then that, in this case, the thickness of the material to be heated defines the thickness of the gap while that, in a variant shown in FIG. 3d, the thickness of the gap is determined by stops 316, transparent fields, which can generate thick objects predetermined.
As the molding material is in contact on each of its faces with a surface of the tool called the zone molding or heating, a circulation of electric current is generated on both molding surfaces. In the case of transformation of electrically conductive composite materials carbon fiber, for example, the material can cause a short circuit between the two flows of current, thus generating a local degradation of the material.
To avoid the occurrence of this phenomenon, it is proposed to make on at least one of the two molding zones a electrical insulation deposit. Its composition can be varied, with Teflon-type materials, peek, amorphous carbon, fiber 5 glass_ The main properties of this deposit are:
- Temperature resistance; at least equal to the temperature transforming the material to be molded, -Mechanical strength; at least equal to the pressure of transformation of the material to be molded, 10 -Isolation - Fine deposit (a few pm) Filing process compatible with the alloys constituting the zones slinky, Figure 4a shows a perspective view of a mold according to the second embodiment described with the aid of Figure 3b, while Figure 4b shows an exploded view of this mold 400 in perspective.
Thus, in Figure 4a inductors are visible 402 surrounding a carcass 404 of standard design in which is located the part 406 of the mold coming into contact with the material to be heated (not shown).
In FIG. 4b, the exploded view of the mold 400 allows to show the removable structure of inductors 402 and pressing members 408 for subjecting the material to heat to a high pressure while maintaining the inducers.
It should be noted that in order not to disrupt the inducers 402, the pressure members 408 are made of compound transparent to the fields.
The invention can be extended to various applications two of which are presented below.
The electromagnetic principle according to the invention can be used for heating the material to be processed by radiation. The electromagnetic principle is identical but the eddy currents circulation has as objective to make heat graphite elements. Worn at high temperature (up to -1000 C), these graphite elements heat up radiation the composite material located in the gap between graphite elements, without contact.
This process could replace the processes conventional infrared heating systems, for example in tube and tank manufacturing processes by filament winding on a rotating roller or in methods of manufacturing windshields by gravity on convex molds, or for the preheating of materials before their transformation.
The principle according to the invention can also be used for mass heating of the tools. However, in the case of injection (thermoplastics or thermosetting) the pressures are such that the tools must be closed. It is then proposed to heat in two phases:
A first phase, illustrated in Figure 5a, where the surface heating of the tool is carried out by the method of the invention, generated by the presence of a air gap 517 can be achieved through one or more holds 518 transparent to the fields. In this phase, the air gap generated has the faculty to allow the flow of current on each molding surface 505, 506 of the two parts of the tooling. For accentuate the surface heating effect it is used a HF current. The heating is done empty, for a very long time short of the order of a few seconds. The molding areas 511 are in magnetic material while the rest of the element intermediate is made of non-magnetic material, as is the external which is located beyond the inductor 502 advantageously embedded in an electrical insulator, said part external playing a role of mechanical reinforcement to fight against the high pressures of the injection.
A second phase, illustrated in Figure 5b, where a volume or mass heating of the equipment is carried out by obstructing the previous gap. The tool is closed during the material injection phase 514. The currents do not can then circulate on the periphery 504 of the tooling.
To maintain the heating effect initiated during the first phase, a low current flow is applied in this case um frequency to accentuate the effect of skin thickness and thus achieve heating at the heart of the tooling.
The principle is realized, for example with two inductors nested one inside the other, powered by the same generator that delivers either HF currents or currents LF.
Claims (13)
générer des champs électromagnétiques au moyen d'inducteurs (302, 402) parcourus par des courants électriques;
et appliquer lesdits champs électromagnétiques à deux éléments (300') en vis-à-vis, tous deux en matériau électriquement conducteur, au moins un de ces éléments comportant une face (306) constituant une zone chauffante, les inducteurs (302, 402) entourant lesdits deux éléments (300'), une coupure (307) électrique isolante, ou entrefer, étant ménagée entre les éléments (300') de telle sorte que des courants de Foucault générés par les champs électromagnétiques circulent en circuit fermé dans chaque élément (300'), et à la surface (305) de la zone chauffante. 1. A method for heating materials (314) for to produce objects in an industrial or mass process comprising:
generate electromagnetic fields by means inductors (302, 402) traversed by electric currents;
and apply said electromagnetic fields to two elements (300 ') vis-à-vis, both of material electrically conductive, at least one of these elements having a face (306) constituting a heating zone, the inductors (302, 402) surrounding said two elements (300 '), an insulating electrical break (307), or gap, being arranged between the elements (300 ') so that eddy currents generated by electromagnetic fields circulate in closed circuit in each element (300 '), and at the surface (305) of the heating zone.
chauffer étant réalisée par rayonnement de ladite zone chauffante. 4. The process according to claim 1, wherein the heating zone is radiant, heating materials to heating being carried out by radiation from said zone heating.
deux éléments (300') en vis-à-vis, tous deux en un matériau électriquement conducteur, au moins un de ces éléments comportant une face (306) constituant une zone chauffante;
un générateur de courants électriques apte à alimenter des moyens inducteurs (302, 402) entourant lesdits deux éléments (300');
des moyens pour appliquer des champs électromagnétiques générés par les moyens inducteurs à au moins une partie d'au moins un des deux éléments (300'); et une coupure (307) électrique isolante, ou entrefer, étant ménagée entre les éléments (300') de telle sorte que des courants de Foucault générés par les champs électromagnétiques circulent en circuit fermé dans chaque élément (300'), et à la surface (305) de la zone chauffante. 5. Device for heating materials with a view to to produce objects in an industrial or mass device comprising:
two elements (300 ') vis-à-vis, both in one electrically conductive material, at least one of these elements having a face (306) constituting a heating zone;
a generator of electric currents able to supply inductive means (302, 402) surrounding said two elements (300 ');
means to apply fields electromagnetic generated by the inductive means to at least a part of at least one of the two elements (300 '); and an insulating electrical break (307), or air gap, being arranged between the elements (300 ') so that eddy currents generated by electromagnetic fields circulate in closed circuit in each element (300 '), and at the surface (305) of the heating zone.
l'autre. 7. The device according to claim 5, wherein the two elements (300 ') are movable relative to each other the other.
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